CN112631082B - 一种浸液供给装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种浸液供给装置。本发明包括环绕末端物镜的环绕面;环绕面上具有主注液口,顺次经过主进液接口、主供液流路和主注液口向浸没流场提供浸液;主供液流路包括顺次连通的引流流路和出流流路,引流流路连通主进液接口连通,出流流路连通主注液口;引流流路位于出流流路的下方。本发明经主注液口向浸没流场提供浸液,经主供液流路向主注液口提供浸液,设置主供液流路包括引流流路和出流流路,使浸液在出流路的宽度方向上具有更均匀的流量分布;配合在主供液流路中设置孔板以增强流量的均匀效果;有利于浸没流场的稳定流动,避免浸没流场中形成紊流和漩涡,保证浸没流场的光学性质稳定,有利于保证曝光质量。
Description
技术领域
本发明属于浸没式光刻机技术领域,涉及一种浸液供给装置。
背景技术
光刻机是制造超大规模集成电路的核心装备之一,它利用光学系统把掩膜版上的电路图案精确地投影在涂覆光刻胶的衬底上并使光刻胶曝光改性,从而在衬底上留下电路图案信息。它包括激光光源、投影物镜系统、包含电路图案的投影掩膜版和涂有光敏光刻胶的衬底。
相对于中间介质为气体的干式光刻机,浸没式光刻(Immersion Lithography)设备通过在最后一片投影物镜与衬底之间填充某种高折射率的液体(称为浸没液体或浸液),通过提高该缝隙液体介质的折射率(n)来提高投影物镜的数值孔径(NA),从而提高光刻设备的分辨率和焦深。在现在的主流光刻技术中,由于浸没式光刻相对早期的干式光刻具有良好的继承性,所以受到广泛应用。而对于浸没液体的填充,目前广泛采用的方案是局部浸没法,也即使用浸液供给回收装置将液体限制在最后一片投影物镜的下表面和衬底上表面之间的局部区域内。保持浸没液体在曝光区域内的光学一致性和透明度,是保障浸没式光刻曝光质量的关键。为此,现有技术方案往往通过注液和回收实现浸没流场的实时更新,将光化学污染物、局部热量、微纳气泡等及时带离核心曝光区域,以确保浸没液体的高度纯净均一。
如图1和图2所示,浸没式光刻机中投影物镜系统具有距离衬底2最近的末端物镜1,末端物镜1和衬底2之间形成第一间隙11;环绕末端物镜1设置浸液供给回收装置3,浸液供给回收装置3向第一间隙11内提供浸没液体LQ,浸液供给回收装置3具有中心通孔31以供来自末端物镜1的曝光激光束穿过;当携带电路图案信息的曝光激光束穿过末端物镜1后,进入浸没液体LQ,穿过浸没液体LQ后投射在衬底2上;对于浸没式光刻机中常用的波长为193nm的曝光激光束,浸没液体LQ可以采用超纯水,超纯水对于193nm激光的折射率大于空气,因此相对于干式光刻机,浸没式光刻机的曝光激光束穿过末端物镜1和浸没液体LQ后可以汇聚为更小尺度的曝光靶区,从而在衬底上形成更小尺度的电路图案,从而提高光刻机的曝光分辨率。为了避免浸液供给回收装置3将振动和热扰动传递到末端物镜1以干扰其光学性质,设置浸液供给回收装置3不与末端物镜1相接触,于是在末端物镜1和浸液供给回收装置3之间形成第二间隙12,浸液供给回收装置3朝向第二间隙12的面是环绕面32。由于现有的浸没式光刻机在曝光过程中按照扫描步进原理相对于末端物镜1来移动衬底3,使得曝光激光束扫描式地将单幅电路图案投射到衬底2的单个靶区中,并步进式地将相同的电路图案投射到衬底2的多个靶区中;由于衬底2会发生相对于末端物镜1的运动,而浸液供给回收装置3相对于末端物镜1静止,因此衬底2会发生相对于浸液供给回收装置3的运动,衬底2与浸液供给回收装置3存在第三间隙13。
由于曝光过程中激光束会加热浸没液体LQ,衬底2上的光刻胶发生光化学反应可能产生污染物释放到浸没液体LQ中,浸没液体LQ的温度和洁净度的改变将导致其光学性质改变;因此设置浸液供给回收装置3驱动浸没液体LQ持续地流动更新以维持其温度和洁净度,具体来说,浸液供给回收装置3中设置朝向第二间隙12的主注液口4,使用浸液供给系统LS经主注液口4向第二间隙12提供浸没液体LQ;浸液供给回收装置3中设置朝向第二间隙12并且位于主注液口4对侧的主抽排口5,使用主抽排系统VM经主抽排口5抽排浸没液体LQ;大部分浸没液体LQ自主注液口4流入第二间隙12,随后流入第一间隙11,然后第一间隙11和第二间隙12中的浸没液体被主抽排口5抽排;还有一部分浸没液体LQ会流入第三间隙13中,为了避免大量浸没液体LQ遗留在衬底2表面上导致衬底2形成光刻缺陷,以及避免浸没液体LQ浸湿其他部件造成损坏,浸液供给回收装置3在朝向衬底2的表面设置密封抽排口6,密封抽排口6可以是一圈均匀排布的小孔或者环形的缝隙,使用密封抽排系统VC经密封抽排口6将第三间隙13中的浸没液体LQ抽走排出。衬底2在扫描和步进运动过程中会牵拉浸没液体LQ,为了避免衬底2高速运动时过度牵拉浸没液体LQ导致其脱离密封抽排口6的约束,在浸液供给回收装置3中密封抽排口6的径向外侧设置气密封口7,使用气体供给系统AS经气密封口7向第三间隙13供给气体流,在气体流的提高压强和吹扫作用下,密封抽排口6对于浸没液体LQ的约束能力也增强。主抽排口5和密封抽排口6将浸没液体LQ完全抽排,浸没液体LQ和外围气体之间形成了弯液面20,弯液面20所包围的浸没液体空间即为浸没流场。
主注液口4和主抽排口5相对设置在通孔31的径向两侧,而第一间隙11的容积呈圆柱形,这种流体源和流场空间的组合使得浸没流场中浸液的流动不是简单的平直流动,浸液在第一间隙11中流动容易产生紊流和漩涡。第一间隙11中浸液流的紊流和漩涡会导致浸液不能及时带走排除曝光过程产生的污染物,干扰曝光光路。期望经主注液口4提供的浸液是流速均匀分布且稳定,有助于避免在第一间隙11中形成紊流和漩涡。
发明内容
本发明的目的就是提供一种浸液供给装置,使主注液口提供的浸液流均匀稳定。
本发明包括环绕末端物镜的环绕面;环绕面上具有主注液口,顺次经过主进液接口、主供液流路和主注液口向浸没流场提供浸液;主供液流路包括顺次连通的引流流路和出流流路,引流流路连通主进液接口连通,出流流路连通主注液口;引流流路位于出流流路的下方。
所述主注液口的宽度至少是所述环绕面底部通孔的直径的60%。
所述引流流路的底面的位置低于出流流路底面。
所述引流流路的顶面的位置低于出流流路底面。
所述引流流路的延伸方向与出流流路的延伸方向垂直。
所述出流流路中设置有第一孔板,第一孔板是具有均布贯通小孔的板构件,第一孔板垂直于出流流路中的浸液流动方向。
所述引流流路的底面具有倾斜段,倾斜段的远离主进液接口的一端离出流流路底面更远。
还包括第二孔板,第二孔板设置于引流流路与出流流路的接合处,第二孔板与出流流路底面平行设置,第二孔板上有贯通小孔。
所述第二孔板上的小孔分布是不均匀的,在接近主进液接口的一端具有分布较密的小孔,而在远离主进液接口的一端具有分布较疏的小孔。
所述第一孔板和第二孔板连接为一个构件,再将所述构件固定连接于浸液供给装置。
本发明经主注液口向浸没流场提供浸液,经主供液流路向主注液口提供浸液,设置主供液流路包括引流流路和出流流路,并且使引流流路的位置低于出流流路,使浸液在引流流路中消减流动惯性后再进入出流流路,使浸液在出流路的宽度方向上具有更均匀的流量分布;可以配合在主供液流路中设置孔板以增强流量的均匀效果;有利于浸没流场的稳定流动,避免浸没流场中形成紊流和漩涡,保证浸没流场的光学性质稳定,有利于保证曝光质量。
附图说明
图1为浸液供给装置及浸没流场的纵向剖视示意图;
图2为浸液供给装置的仰视示意图;
图3为本发明实施例一的透视结构示意图;
图4为本发明实施例二的主供液流路的结构示意图;
图5为本发明实施例三的透视结构示意图;
图6为本发明实施例四的透视结构示意图;
图7为本发明实施例五的透视结构示意图;
图8为本发明实施例五的孔板件的透视结构示意图。
具体实施方式
实施例一
如图1、图2和图3所示,一种浸液供给装置3,包括环绕末端物镜的环绕面32;环绕面32上具有主注液口4,经主注液口4向浸没流场提供浸液。由于衬底相对于浸液供给装置3主要做X方向上的扫描运动和Y方向上的步进运动,在衬底做扫描运动的过程中,曝光激光束向衬底投射集成电路图案;为了提高产率,期望扫描运动的速率高;以较高的扫描运动速率运动的衬底将对浸液产生较强的牵拉作用,会扰动浸没流场中浸液的流动方向。在环绕面32与主注液口4相对的一侧设置主抽排口5,经主抽排口5抽排浸液;主注液口4与主抽排口5的连线与扫描方向(X方向)垂直,使第一间隙11中的浸液基本沿与扫描方向垂直的方向(-Y方向)流动;在衬底做扫描运动时,衬底牵拉对浸液流动方向的干扰是在浸液的流动速度上叠加X方向的分量,因此对浸液原本的主要流动方向(X方向)扰动较小,对浸液冲刷带走污染物的过程影响较小。为了使浸没流场中浸液的流动均匀稳定,不产生紊流和漩涡,要使主注液口4提供的浸液流动均匀稳定。
发现增大主注液口4的宽度有利于抑制浸没流场中漩涡的形成,优选地,主注液口4的宽度至少是通孔31的直径的60%,可以保证曝光光束路径上的浸没流场中不存在漩涡;更优的是主注液口4的宽度至少是通孔31的直径的80%,可以基本保证第一间隙11中的浸没流场中不存在漩涡。要在较宽的主注液口4中提供均匀的浸液流是困难的,受限于光刻机的设备空间和浸液供给装置3的支撑机构性能,浸液供给装置3的整体空间尺寸较小,不能直接提供与主注液口4连接的平直的长流路以实现浸液流内部的自我均匀化;如果主注液口4上游的流路存在结构形状的急剧变化,则容易在浸液流中引入扰动产生漩涡和紊流。
在本发明的一种浸液供给装置实施例中,浸液由主进液接口41进入浸液供给装置3,通常是使用圆管连接主进液接口41以输送浸液进入主浸液口,主进液接口41连通主供液流路,主供液流路包括顺次连通的引流流路42和出流流路43,出流流路43连通主注液口4;引流流路42位于出流流路43的下方;具体地,至少引流流路底面421的位置低于出流流路底面431,更优的是引流流路顶面422的位置低于出流流路底面431。浸液经主进液接口41进入主供液流路后,首先填充引流流路42,然后浸液逐渐积累,浸液液面抬高后浸液进入出流流路43,再进主注液口4流出;由于引流流路42起到了一定的积蓄浸液作用,对浸液流中的流量脉动有过滤作用,有利于浸液流量的稳定;引流流路中的浸液积蓄到一定高度再进入出流流路继续流动,可以解决浸液流动惯性导致的浸液不能由小截面流路快速均匀分散到大截面流路的问题,在小尺寸的浸液供给装置3中实现浸液快速均匀分散到主注液口4的宽度方向上。
为了尽量减小尺寸和尽可能提高均流效果,优选的是引流流路42的延伸方向与出流流路43的延伸方向垂直。
为了进一步提高经主注液口4流出的浸液流的均匀性,在出流流路43中设置第一孔板81,第一孔板81是具有均布贯通小孔的板构件,第一孔板81垂直于出流流路43中的浸液流动方向。
实施例二
如图4所示,引流流路底面421具有倾斜段,倾斜段的远离主进液接口41的一端离出流流路底面431更远。其余实施方式与实施例一相同。
由于浸液在引流流路42中流动具有惯性,在远离主进液接口41的一端(-X方向一端)会受到壁面阻挡而积累浸液,使局部的压力升高,造成主注液口4在-X一侧具有更大的浸液流量;设置引流流路底面421在-X一端具有更大的容积,可以容纳更多的浸液积累,从而缓解浸液流动惯性引起的进入出流流路43后流量不均匀的问题。
实施例三
如图5所示,浸液供给装置3还包括第二孔板82,第二孔板82设置于引流流路42与出流流路43的接合处,第二孔板82与出流流路底面431平行设置,第二孔板82上有均布的贯通小孔。其余实施方式与实施例一相同。
第二孔板82将引流流路42与出流流路43相对隔离,一方面能够增强浸液自引流流路42流入出流流路43的流量均匀性,另一方面也能够起到隔离引流流路42与出流流路43的压力脉动的作用,切断来自浸没流场和浸液源的压力脉动相互影响的路径,有利于对浸液流量的稳定控制。
实施例四
如图6所示,第二孔板82上的小孔排布可以是不均匀的,根据引流流路42与出流流路43接合处的压力分布情况确定小孔的排布密度,在接合处局部压力高的位置设置较少的小孔,而在接合处局部压力低的位置设置较多的小孔;从而抑制浸液流动惯性引起的压力和流量分布不均匀情况。优选地,第二孔板82在接近主进液接口41的一端具有分布较密的小孔,而在远离主进液接口41的一端具有分布较疏的小孔。其余实施方式与实施例三相同。
实施例五
由于孔板的厚度小,尺寸小,尺寸精密,在浸液供给装置3中装配第一孔板81和第二孔板82较困难。如图7和图8所示,浸液供给装置3具有孔板件83,孔板件包括相互垂直设置的第一孔板81和第二孔板82;将孔板件83经由浸液供给装置3的顶部开口直接设置到引流流路42与出流流路43的接合处并固定连接,使第一孔板81朝向出流流路43对齐,使第二孔板82朝向引流流路42对齐。其余实施方式与实施例三或四相同。
先制造包括第一孔板81和第二孔板82的孔板件83,减少了在浸液供给装置3中的装配面和装配步骤,有利于提高加工精度和加工效率。
以上内容和结构描述了本发明产品的基本原理、主要特征和本发明的优点,本行业的技术人员应该了解。上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都属于要求保护的本发明范围之内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种浸液供给装置,其特征在于:包括环绕末端物镜的环绕面;环绕面上具有主注液口,顺次经过主进液接口、主供液流路和主注液口向浸没流场提供浸液;主供液流路包括顺次连通的引流流路和出流流路,引流流路连通主进液接口连通,出流流路连通主注液口;引流流路位于出流流路的下方。
2.如权利要求1所述的一种浸液供给装置,其特征在于:所述主注液口的宽度至少是所述环绕面底部通孔的直径的60%。
3.如权利要求1所述的一种浸液供给装置,其特征在于:所述引流流路的底面的位置低于出流流路底面。
4.如权利要求1所述的一种浸液供给装置,其特征在于:所述引流流路的顶面的位置低于出流流路底面。
5.如权利要求1所述的一种浸液供给装置,其特征在于:所述引流流路的延伸方向与出流流路的延伸方向垂直。
6.如权利要求1所述的一种浸液供给装置,其特征在于:所述出流流路中设置有第一孔板,第一孔板是具有均布贯通小孔的板构件,第一孔板垂直于出流流路中的浸液流动方向。
7.如权利要求1所述的一种浸液供给装置,其特征在于:所述引流流路的底面具有倾斜段,倾斜段的远离主进液接口的一端离出流流路底面更远。
8.如权利要求1所述的一种浸液供给装置,其特征在于:还包括第二孔板,第二孔板设置于引流流路与出流流路的接合处,第二孔板与出流流路底面平行设置,第二孔板上有贯通小孔。
9.如权利要求8所述的一种浸液供给装置,其特征在于:所述第二孔板上的小孔分布是不均匀的,在接近主进液接口的一端具有分布较密的小孔,而在远离主进液接口的一端具有分布较疏的小孔。
10.如权利要求1所述的一种浸液供给装置,其特征在于:所述出流流路中设置有第一孔板,引流流路与出流流路的接合处设置有第二孔板,所述第一孔板和第二孔板连接为一个构件,再将所述构件固定连接于浸液供给装置。
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浸没式光刻机浸液控制技术研究;陈晖 等;第六届全国流体传动与控制学术会议;第465-468页 * |
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